測試簡介

在測試無塵室之前,若是能對測試規範、無塵室基本概念、無塵室的術語等有些了解,對測試當有幫助。這裡是一些背景資料,提供給讀者參考。


一、無塵室測試規範

有關無塵室定義、建造、控制、管理等等的國際標準,在網路上用〝contamination control〞搜尋,可以找到很多相關資料。無塵室的定義,最早是在美國聯邦標準209上出現,之後日漸普及並廣為半導體業與製藥業接受。在歐洲與日本,隨著工業的日益發展,各國的版本也逐漸出現。到了90年代後期,產業界體認到若是無共同標準,就不能實現經濟的全球化,於是有ISO-14644的產生。以下說明無塵室的各種標準與規範。

  • 1. Federal Standard 209E (Fed-Std-209E) :美國聯邦標準209E,209的出版發行,是在1960年代,之後不斷改版以因應科技進步與工業發展,版本從原始的209、209A,一直到1992年的最後一版209E。在2001年11月29日,美國正式宣佈廢止209E,改用ISO-14644,於是209E在書面上走入歷史。但是在產業界,除了部份的歐洲公司之外,美國、日本、台灣、與中國大陸,都還沿用209E。微粒計數器的製造商,雖然都推出滿足公制計數法的新機型,但是要等舊機器完全淘汰,恐怕還要很長時間,因此新規範ISO-14644還沒能取代209E。
  • 2. ISO-14644系列;美國政府為了推動經濟全球化,就很大方的放棄了自己的209E,改而推行全部使用公制的國際標準ISO-14644。14644系列有8個子題〈Part〉,稱為14644-1,14644-2,一直到14644-8。整個系列涵蓋了等級定義、測試與監視的規範、測試的程序方法、設計與建造、操作、以及其他的有關設備等,範圍很廣。有些主題已經定案,如Part 1和Part 2,有些只有初稿〈Draft〉,有些連初稿都還沒有,讀者可以到ISO或IEST的網站上訂購。
  • 3. JIS B9920 (1989):日本的潔淨標準,規定無塵室中浮游粒子的濃度測定方式,及潔淨度的等級定義。
  • 4. VDI 2083 (1993):德國的潔淨標準,規定潔淨度等級的定義方式,以及潔淨度的量測技術。
  • 5. Gost-R 50766 (1995):俄國的潔淨標準,定義無塵室的分類與一般需求。

以上是無塵室等級規定,與潔淨度量測的相關標準。另外有關無塵室污染控制〈也就是潔淨度控制〉,和環境控制〈如溫溼度、震動噪音等〉,也有一些重要的測試規範,因為這些環境影響因素,都包含在無塵室性能測試的範圍之內。

  • 1. IEST-RP-CC-006.2:這本有名的測試規範,目的就是為了補209的不足。209只有微粒量測,006 包括了風速風量、濾網洩漏、潔淨度、溫溼度、平行度、恢復率、粒子沉降測試、照度等。006 的第一版稱為006-84-T,006.2是第二版。現在由於 NEBB 的興起,0062已經功成身退,逐漸消失了。
  • 2. NEBB 無塵室測試規範第二版:這是目前最廣為流行的測試規範,提到無塵室認證,就非 NEBB 莫屬。NEBB 無塵室測試規範,可說是IEST-0062的改良版,其測試涵蓋範圍差不多,但是測試程序更為清楚嚴謹,儀器使用也有詳細規定。因此 NEBB 無塵室測試規範的出現,解決了不少測試的爭議,也因此 NEBB 無塵室測試規範成功的成為產業標準。有關 NEBB,請參照本站 NEBB。
  • 3. ISO-14698 系列:14698 有 Part 1、Part 2、Part 3 三個子題,是有關無塵室裡面生物污染的控制,目前都只有初稿。

每一種行業,甚至每一家公司或工廠,對無塵室的要求可能都不一樣。以上所列無塵室定義與無塵室測試規範,雖然以可滿足大部份廠商的需求,但是嚴格來講,這些規範也只是一個參考。各公司在訂定測試規格時,應依照自己的製程需求,在上述規範裡取出自己適用的部份,並要求供應商與測試單位照辦,必要時可以酌情修改測試標準,才能真正滿足自己的需求。


二、無塵室常用名詞

  • 1. 無塵室定義:無塵室是一個為了對空間內空氣中的微粒做控制,所建造的特殊封閉性建築。一般而言,無塵室也會對溫溼度、氣流運動模式、與震動噪音等環境因素做控制。
  • 2. 微粒控制:無塵室微粒控制的第一步,是把室內微粒對製程影響的程度做完整分析,然後針對分析結果,訂定恰當的微粒控制方式與無塵室管理模式,才能有效率的控制微粒污染。在做微粒影響分析時,必須特別注意數據的量化,也就是粒徑與其數量對製程的影響,才是有用的數據。
  • 3. 外來污染源:從無塵室外進入系統的污染源,外來污染源主要是由空調通風系統所導入,另外門、窗、牆壁裂縫等也是外來污染源的成因。
  • 4. 內部污染源:無塵室內部產生污染的來源,一般是製程機器與操作員工,最嚴重的內部污染源一般是操作員工。
  • 5. 隔離:隔離是污染控制的一種觀念,也就是讓污染源隔絕在無塵區域之外。這種觀念多應用在高潔淨度的無塵環境,例如 Class 100,Class 10,Class 1等高濾網覆蓋率的無塵室,或是使用迷你潔淨室將機台整個包住。
  • 6. 稀釋:稀釋是污染控制的另一種觀念,多應用在潔淨度不高的無塵室。例如在 Class 10000的無塵室,因為換氣量不大,製程與人員產生的粒子就會在室內打轉,要比較常的時間才會排出。因此新的乾淨空氣只能稀釋室內的微粒濃度,讓室內潔淨度控制在某一等級之下就可以了,部要求把人員與製程隔開。使用稀釋法作為粒控制時,要特別注意本節第二條微粒影響分析的正確性,能掌握微粒的產生速率,才能有效的稀釋微粒。
  • 7. 氣流模式:指的是流場型態,氣流分佈,氣流的流向等性質。由於微粒的移除完全掌握在氣流的模式,因此愈潔淨的無塵室或是無塵區域,對氣流模式的掌控就愈重視。基本上要先掌握氣流模式,才能掌握潔淨度。
  • 8. 單一流向型氣流:氣流以同一個方向移動,這種無塵室稱為單一流向型無塵室,以前稱為層流型無塵室,定義並無多大改變。高潔淨度無塵室需要單一流向型氣流。
  • 9. 非單一流向型氣流:氣流方向不受控制,就是所謂的亂流型無塵室,潔淨度較低的無塵室都是用非單一流向型氣流以節省成本。
  • 10. As-built cleanroom(剛完工的無塵室):已經完成且可以操作,所有相關支援設施皆已完成的潔淨室,但並沒有設備及操作設備的人員。
  • 11. At-rest cleanroom(準備中的無塵室):已經完成且可以操作,所有相關支援設施皆已動作的無塵室,設備已載入並可以操作或已在運轉,1如所指定,但沒有操作設備的人員。
  • 12. Operational cleanroom(操作中的無塵室設施):一個已在正常運轉的無塵室,所有相關支援設施皆已動作,設備及人員皆已載入,運轉狀況可以呈現和達到其正常的功能。

三、無塵室等級定義

無塵室的等級

使用者在開無塵室的等級給供應商時,有以下幾個小技巧。首先是等級定義的模式如下:
Class X (at Y μm )

其中 X 是無塵室的等級,例如 100 或 10000 等等,Y是粒徑如 0.2μm , 0.5μm 等,可複選。意思就是使用者規定,該無塵室微粒含量,在這些粒徑必須滿足該等級的限度。這樣可以減少紛爭,以下是幾個例子:
Class1 (0.1μm, 0.2μm , 0.5μm)
Class 100(0.2μm , 0.5μm )
Class 100(0.1μm, 0.2μm , 0.5μm )

在 Classes 100 (M3.5) and Greater (Class 100,1000,10000....) ,一般看一個粒徑即可。在 Classes Less than 100 (M3.5) (Class 10,1.... ) ,一般要看多幾個粒徑。

第二個技巧是規定無塵室的狀態,例如:
Class X (at Y μm ), At-rest
供應商就很清楚知道無塵室要在 At-rest狀態下驗收。

第三個技巧是自訂微粒濃度上限,一般在 As-built 時無塵室都很乾淨,微粒控制能力測試不易,這時可以乾脆把驗收上限壓低,例如:
Class 10000 (0.3 μm <= 10000), As-built
Class 10000 (0.5 μm <= 1000), As-built
這樣做的目的是確保無塵室在 Operational 狀態時,依然有足夠的微粒控制能力。

以下兩個表是 Fed-Std-209E 的等級定義,和ISO-14644的等級定義。


Fed-Std-209E 潔淨度定義

 
Class Name

 

Class Limits

0.1μm

0.2μm

0.3μm

0.5μm

5μm

Volume Units

Volume Units

Volume Units

Volume Units

Volume Units

SI

U.S.

(m3)

(ft3)

(m3)

(ft3)

(m3)

(ft3)

(m3)

(ft3)

(m3)

(ft3)

M 1

 

350

9.91

75.7

2.14

30.9

0.875

10.0

0.283

-

-

M 1.5

1

1,240

35.0

265

7.50

106

3.00

35.3

1.00

-

-

M 2

 

3,500

99.1

757

21.4

309

8.75

100

2.83

-

-

M 2.5

10

12,400

350

2,650

75.0

1,060

30.0

353

10.0

-

-

M 3

 

35,000

991

7,570

214

3,090

87.5

1,000

28.3

-

-

M 3.5

100

-

-

26,500

750

10,600

300

3,530

100

-

-

M 4

 

-

-

75,700

2140

30,900

875

10,000

283

-

-

M 4.5

1,000

-

-

-

-

-

-

35,300

1,000

247

7.00

M 5

 

-

-

-

-

-

-

100,000

2,830

618

17.5

M 5.5

10,000

-

-

-

-

-

-

353,000

10,000

2,470

70.0

M 6

 

-

-

-

-

-

-

1,000,000

28,300

6,180

175

M 6.5

100,000

-

-

-

-

-

-

3,530,000

100,000

24,700

700

M 7

 

-

-

-

-

-

-

10,000,000

283,000

61,800

1,750

ISO-14644 潔淨度定義

ISO classification number(N)

Maximum concentration limits (particles/m3 of air) for particles equal to and larger than the considered sizes shown below (concentration limits are calculated in accordance with equation (1).

0.1 mm

0.2 mm

0.3 mm

0.5 mm

1 mm

5 mm

ISO Class 1

10

2

 

 

 

 

ISO Class 2

100

24

10

4

 

 

ISO Class 3

1 000

237

102

35

8

 

ISO Class 4

10 000

2 370

1 020

352

83

 

ISO Class 5

100 000

23 700

10 200

3 520

832

29

ISO Class 6

1 000 000

237 000

102 000

35 200

8 320

293

ISO Class 7

 

 

 

352 000

83 200

2 930

ISO Class 8

 

 

 

3 520 000

832 000

29 300

ISO Class 9

 

 

 

35 200 000

8 320 000

293 000

NOTE  Uncertainties related to the measurement process requires that concentration data with no more then three significant figures be used in determining the classification level.

Equation (1): Cn = 10N X (0.1/D)2.08 其中Cn是微粒濃度,N 是潔淨度,D 是粒徑

比較以上兩表我們可看出
1. 209E 的公制和英制兩套標準,雖然有公式做互換,但是仍究很難一眼看出其相關性。兩制放同一表,徒然造成混淆
2. 在兩表中 0.5 m 幾乎出現在每一個等級定義中,表示粒徑 0.5 m 的粒子非常具有代表性
3. 在潔淨度的分類上,不管是在高潔淨度,或是低潔淨度, ISO-14644 的範圍比 209E 都來的廣,因此具有未來性


四、無塵室測試範圍

凡是和無塵室環境控制有關的因素,都在無塵室認證的範圍之內。在無塵室完工之前,業主、施工單位、與測試單位‧應就以下幾個主題做詳細討論並達成協議,以利測試進行。

1. 待測無塵室涵蓋範圍、等級、面積、濾網位置、與數量
2. 測試的目的
3. 測試程序
4. 使用儀器
5. 測試報告撰寫方式與內容
6. 工期

在測試前,將以上項目定義清楚,可以使測試順利進行,發現問題時也可以儘快排除,對業主和施工單位都有利。
IEST-0062 有一個表說明測試項目,以及適用狀態,具有相當參考價值表列如下。

IEST-RP-CC006.2 Table 1

章節

測試項目

單一流向型

非單一流向型

混合型

6.1

風量與均勻度
風速與均勻度

1,2,3
1,2,3

1,2,3
OPT

1,2,3
OPT

6.2

濾網洩漏

1,2

1,2

1,2

6.3

潔淨度

1,2,3

1,2,3

1,2,3

6.4

壓力

1,2

1,2,3

1,2,3

6.5

平行度

1,2

N/A

OPT (1,2 only)

6.6

空間洩漏

1,2

1,2

1,2

6.7

恢復率

N/A

1,2

1,2

6.8

粒子沉降測試

1,2,3

1,2,3

1,2,3

6.9

照度

1,OPT(2,3)

1,OPT(2,3)

1,OPT (2,3)

6.10

噪音

1,2,3

1,2,3

1,2,3

6.11-6.13

溫溼度

1,2,2
OPT

1,2,3
OPT

1,2,3
OPT

6.14

振動

OPT

OPT

OPT


測試的順序沒有硬性規定,但是仍舊存在某些比較理想的順序
1: 測試適用於 As-built 狀態
2: 測試適用於 At-rest 狀態
3: 測試適用於 Operational 狀態

N/A: 代表該測試在該狀態下〝不適用〞
OPT: 代表該測試在該狀態下為〝選擇性測試〞,可以視製程需求而定 由上表可看出,風量測試〈使用氣罩〉適用任何狀態,因為不易受干擾。風速量測,在非單一流向型〈亂流型〉無塵室就不推薦,因為容易受干擾。當然這是 IEST 的建議,我們可以自行決定。

至於測試的項目選擇,NEBB 建議:依重要性分成三級,說明如下。
第一級〈Level I〉: 第一級測試是所謂的主要測試,與潔淨度直接有關的測試都屬第一級,每個無塵室都應至少應做的測試。第一級測試項目包括:
A. 風速量測
B. 風量量測
C. 前兩項的均勻度分析
D. 濾網洩漏測試
E. 潔淨度測試
F. 壓力量測

第二級〈Level II〉: 第二級測試,雖然也是與潔淨度與氣流有關,但是只有在特殊情況下才需要進行。
A. 氣流平行度量測〈只適用層流型無塵室〉
B. 空間洩漏測試〈幾乎已被壓差測試取代〉
C. 恢復率測試〈依建議只適用亂流型無塵室〉
D. 粒子沉降測試〈近年來已經很少做〉

第三級〈Level III〉: 第三級測試就與氣流無關,都是屬於環境因素。
A. 照度與其均勻度
B. 噪音測試
C. 振動測試
D. 溫溼度測試

 

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